CN206546425U - 一种实现标量矢量同时测量的氦光泵磁力仪探头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种实现标量矢量同时测量的氦光泵磁力仪探头。包括：磁传感器以及线圈总和，所述磁传感器包括在同一直线上依次设置在探头壳体内的哑铃型氦灯、凹透镜、偏振片、λ/4片、氦吸收室、凸透镜、以及位于凸透镜后方的光敏器件，所述线圈总和包括位于氦吸收室的射频线圈，所述通过亥姆霍兹线圈产生射频场，使原子发生去取向作用；所述线圈总和还包括以氦吸收室为中心坐标，三个相互垂直的第一线圈、第二线圈、以及第三线圈。本实用新型提供的氦光泵磁力仪探头通过三个互相垂直的线圈实现了对磁场的矢量和标量的测量，改变了传统氦光泵磁力仪只能测量标量的模式，这将拓展氦光泵磁力仪的应用领域。
Description
技术领域
本实用新型涉及磁测领域中的一种光泵磁力仪，主要是一种同时实现标量矢量测量的氦光泵磁力仪探头。
背景技术
氦光泵磁力仪主要是根据光泵作用和磁共振作用实现的。氦光泵磁力仪是测量磁场标量的仪器，因其灵敏度高，性能稳定，在矿产勘探、潜艇反潜、地球物理研究等领域都有广泛的应用。
在卫星磁测中氦光泵磁力仪测量磁场的标量，这个作为校准矢量磁力仪数值的标准数值。卫星磁测主要目的是获得磁场的矢量数据，矢量数据比标量数据在地球物理研究等应用中具有更重要的作用，而且标量数据可以由矢量数据进行合成。但是矢量磁力仪容易产生测量漂移，随着测量时间的增长测量数据越来越不精确，这就需要光泵磁力仪进行校准。为了防止矢量磁力仪与氦光泵磁力仪产生干扰，它们之间通常有两米左右的间隔距离，这样就会产生校准误差。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种实现标量矢量同时测量的氦光泵磁力仪探头，改变矢量磁力仪与标量磁力仪分开测量的传统测量方式，能够实现常规的标量测量，还能实现矢量测量，并且矢量测量不影响标量测量的精度，这可以大大扩展氦光泵磁力仪的应用范围。
本实用新型是这样实现的，一种实现标量矢量同时测量的氦光泵磁力仪探头，包括：
磁传感器以及线圈总和，
所述磁传感器包括在同一直线上依次设置在探头壳体内的哑铃型氦灯、凹透镜、偏振片、λ/4片、氦吸收室、凸透镜、以及位于凸透镜后方的光敏器件，所述氦灯发出的光经过凹透镜变成平行光，经过偏振片变成偏振光，经过λ/4片变成线偏振光，由于光泵作用，氦吸收室内的氦原子发生定向排列，光敏器件通过凸透镜聚透过氦吸收室的光；
所述线圈总和包括位于氦吸收室的射频线圈，所述通过亥姆霍兹线圈产生射频场，使原子发生去取向作用；
所述线圈总和还包括以氦吸收室为中心坐标，三个相互垂直的第一线圈、第二线圈、以及第三线圈。
进一步地，采用三个电流源分别对第一线圈、第二线圈、以及第三线圈提供电流。
进一步地，光敏器件为光电二极管。
进一步地，电流源分别给第一线圈、第二线圈以及第三线圈通入8Hz、10Hz和12Hz的交流电。
进一步地，所述第三线圈沿着探头壳体的轴向缠绕在探头壳体的侧壁上，所述第一线圈与第二线圈沿着探头壳体径向缠绕。
进一步地，设置一中间具有通孔的支架，探头竖直放置于通孔内，通孔内沿着探头四周缠绕第三线圈，在通孔横截面上以氦吸收室为中心十字交叉的四个方向设置四个环形线圈两两相对。
本实用新型与现有技术相比，有益效果在于：本实用新型提供的氦光泵磁力仪探头通过三个互相垂直的线圈实现了对磁场的矢量和标量的测量，改变了传统氦光泵磁力仪只能测量标量的模式，这将拓展氦光泵磁力仪的应用领域，并可以简化野外勘探或者卫星磁测等既需要矢量磁力仪又需要标量磁力仪领域的磁场测量设计方案，这具有很高的实用性。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的氦光泵磁力仪探头结构示意图；
图2是本实用新型实施例提供的氦光泵磁力仪探头结构实施例1的结构示意图。
图3是本实用新型实施例提供的氦光泵磁力仪探头结构实施例2的结构示意图。
图中，11为氦灯、12为凹透镜、13为偏振片、14为λ/4片、15为氦吸收室、16为射频线圈、17为凸透镜、18为光敏器件，19为第一线圈、110为第二线圈、111为第三线圈。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
参见图1，实现标量矢量同时测量的氦光泵磁力仪探头，包括：
磁传感器以及线圈总和，磁传感器包括在同一直线上依次设置在探头壳体内的哑铃型氦灯11、凹透镜12、偏振片13、λ/4片14、氦吸收室15、凸透镜17，以及位于凸透镜17后方的光敏器件18，氦灯11发出的光经过凹透镜12变成平行光，经过偏振片13变成偏振光，经过λ/4片14变成线偏振光处理后满足原子跃迁的选择定则，由于光泵作用，氦吸收室15内的氦原子发生定向排列，位于氦吸收室的射频线圈16，通过亥姆霍兹线圈产生射频场，使原子发生去取向作用；射频线圈16施加射频场，当射频频率等于拉莫尔频率时，透过氦吸收室15的光强最弱，此时通过在光敏器件18获得的光强强度就可以得到射频频率，通过对射频频率的计算就可以得到磁场的标量值。光敏器件为光电二极管。
线圈总和还包括以吸收室为中心坐标，三个相互垂直的第一线圈19、第二线圈110、以及第三线圈111。通过泰克电流源6221分别给线圈通入8Hz、10Hz和12Hz的交流电，使其产生磁场强度为70nT的磁场，三个线圈产生磁场的频率分别为8Hz、10Hz和12Hz。这时氦光泵磁力仪探头测量的数值为三个线圈产生的磁场与地磁场的合成磁场。对这个数据进行频谱分析，通过公式计算出地磁场在x轴，y轴和z轴上的分量。
实施例1
参见图2，将线圈直接缠绕在探头壳体上，通过给线圈施加电流，在吸收室叠加三个相互垂直的磁场，此种形式与图1在施加电流和数据处理上是完全相同的，从而实现矢量标量的测量。具体地参见图2，第三线圈111沿着探头壳体的轴向缠绕在探头壳体的侧壁上，第一线圈19与第二线圈110沿着探头壳体径向缠绕，形成垂直结构。采用此结构第三线圈形成环形结构，而第一线圈与第二线圈形成的是长方形结构，通电流后，形成的磁场方向相互垂直。
实施例2
参见图3，与实施例1的不同之处在于，此时水平轴(x轴和y轴)上的第一线圈与第二线圈是单独制作，与探头分离的，z轴的第三线圈仍直接缠绕在探头外壳。此种形式与在施加电流和数据处理上是完全相同的。这样便实现了氦光泵磁力仪对磁场进行适量标量的同时测量。进一步的为了固定第一线圈与第二线圈，设置一中间具有通孔的支架41，探头竖直放置于通孔内，通孔内沿着通孔四周缠绕第三线圈111，在通孔横截面上以氦吸收室为中心十字交叉的四个方向作为水平轴(x轴和y轴)设置四个环形线圈(110、19)两两相对。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种实现标量矢量同时测量的氦光泵磁力仪探头，其特征在于，包括：
磁传感器以及线圈总和，
所述磁传感器包括在同一直线上依次设置在探头壳体内的哑铃型氦灯、凹透镜、偏振片、λ/4片、氦吸收室、凸透镜、以及位于凸透镜后方的光敏器件，所述氦灯发出的光经过凹透镜变成平行光，经过偏振片变成偏振光，经过λ/4片变成线偏振光，由于光泵作用，氦吸收室内的氦原子发生定向排列，光敏器件通过凸透镜聚透过氦吸收室的光；
所述线圈总和包括位于氦吸收室的射频线圈，所述通过亥姆霍兹线圈产生射频场，使原子发生去取向作用；
所述线圈总和还包括以氦吸收室为中心坐标，三个相互垂直的第一线圈、第二线圈、以及第三线圈。
2.根据权利要求1所述的实现标量矢量同时测量的氦光泵磁力仪探头，其特征在于，采用三个电流源分别对第一线圈、第二线圈、以及第三线圈提供电流。
3.根据权利要求1所述的实现标量矢量同时测量的氦光泵磁力仪探头，其特征在于，光敏器件为光电二极管。
4.根据权利要求2所述的实现标量矢量同时测量的氦光泵磁力仪探头，其特征在于，电流源分别给第一线圈、第二线圈以及第三线圈通入8Hz、10Hz和12Hz的交流电。
5.根据权利要求1所述的实现标量矢量同时测量的氦光泵磁力仪探头，其特征在于，所述第三线圈沿着探头壳体的轴向缠绕在探头壳体的侧壁上，所述第一线圈与第二线圈沿着探头壳体径向缠绕。
6.根据权利要求1所述的实现标量矢量同时测量的氦光泵磁力仪探头，其特征在于，设置一中间具有通孔的支架，探头竖直放置于通孔内，通孔内沿着探头四周缠绕第三线圈，在通孔横截面上以氦吸收室为中心十字交叉的四个方向设置四个环形线圈两两相对。
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